DE957161C - Verfahren zum elektrischen Messen der Lebenskraft von Bakterien und anderen lebendenZellen sowie Vorrichtung zur Ausfuehrung dieses Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum elektrischen Messen der Lebenskraft von Bakterien und anderen lebendenZellen sowie Vorrichtung zur Ausfuehrung dieses Verfahrens

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DE957161C
DE957161C DEL18701A DEL0018701A DE957161C DE 957161 C DE957161 C DE 957161C DE L18701 A DEL18701 A DE L18701A DE L0018701 A DEL0018701 A DE L0018701A DE 957161 C DE957161 C DE 957161C
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bacteria
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DEL18701A
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Ludwika Lepszowa Geb Grabczak
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LUDWIKA LEPSZOWA GEB GRABCZAK
Original Assignee
LUDWIKA LEPSZOWA GEB GRABCZAK
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/447Systems using electrophoresis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/46Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of cellular or enzymatic activity or functionality, e.g. cell viability

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Messen der Lebenskraft von Bakterien sowie eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens, welche auch zur Feststellung der Aktivität und Wirksamkeit von verschiedenen Arzneimitteln, Antibiotika, Impfstoffen u. dgl. auf bestimmte Kulturen Anwendung finden kann.
Das bisher bekannte Verfahren zum Messen der Lebenskraft von Bakterien beruht auf der Aussaat der Bakterien auf geeignete Beete und Kultivierung der Aussaat während bestimmter Zeit bei entsprechender Temperatur. Angesichts dessen, daß der Wuchs der Bakterien, je nach deren Art sowie der Art und Weise der Hemmung der Lebenskraft, eine Zeitdauer von 48 Stunden bis 3 Monaten erfordert, kann die Hemmung der Lebenskraft erst nach Ablauf dieser Zeit festgestellt werden.
Diese Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt, nach welchem die Lebenskraft der Bakterien oder Zellen bzw. Aktivität der verschiedenen Chemikalien, Impfstoffe, Antibiotika usw. mittels der Skala der Mikrometerschraube des Mikroskops auf Grund der Tiefe, in der sich die Bakterien in der Flüssigkeitsschicht befinden und in der beim betreffenden elektrischen Potential die Bewegungsgeschwindigkeit gleich Null ist, berechnet
werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren bedarf keiner Messung der Zeit oder der Bewegungsgeschwindigkeit im elektrischen Einheitsfelde sowie keiner komplizierten Berechnungen. Die Erfindung wird näher an Hand der Zeichnung erläutert, in der die Vorrichtung zum Messen der Lebenskraft der Bakterien oder Zellen schematisch dargestellt ist. Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren und die Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens, in welchem das bekannte Phänomen der Elektrophorese ausgenutzt wird, erlaubt es, in io bis 20 Minuten mittels einer Untersuchung und einer Berechnung auf Grund einer Formel die Lebenskraft der geprüften Bakterien bzw. lebenden Zellen zu der Lebenskraft frisch kultivierter Bakterien bzw. lebenden Zellen desselben Stammes vorzunehmen.
Die Platte 6 ist langer als die Platte 7, und der
Abstand zwischen den Platten wird durch zwei
ao parallele Distanzstücke, z. B. Glasstäbchen, gehalten.
Die Dicke d der Glasstäbchen entspricht der Dicke der Flüssigkeitsschicht und zugleich dem Abstand zwischen der unteren Fläche der oberen Glasplatte und der oberen Fläche der unteren Glasplatte.
Wenn auf die untere Glasplatte- 6 einige Tropfen einer Bakterien oder Zellen enthaltenden Flüssigkeit gegossen werden und die Platte 7 daraufgelegt wird,
bildet sich eine gleichmäßige Flüssigkeitsschicht von der Dicke d zwischen den beiden Platten; hierbei dienen die Glasstäbchen gleichsam als Seitenwände.
Da die untere Glasplatte 6 langer ist, breitet sich
die Flüssigkeit bis zu deren Enden aus, und diese Stellen dienen als Kontakte für die Elektroden 4, 5, welche vorteilhaft aus Platin in Glaskapillargefäßen hergestent sind.
Die Elektroden 4, 5 werden mit elektrischem Gleichstrom von der Batterie 8 gespeist; das Voltmeter 9, das MiUi- oder Mikroamperemeter 10 und der potentiometrische Widerstand 13 dienen zu Kontroll- und Regulierungszwecken.
Die Grundplatte 1 mit den Glasplatten 6, 7 und den Elektroden 4, 5 wird nun unter ein Mikroskop oder ein Ultramikroskop gelegt, und die Elektroden 4, 5 werden in den elektrischen Stromkreis eingeschaltet. Die Kapillargefäße 11, 12 sind an den verschiebbaren Griffen 2, 3 befestigt, und zwar in solcher Lage, daß die Elektroden 4, 5 auf den benetzten überstehenden Enden der Glasplatte 6 ruhen, wobei die Kapillargefäße die Flüssigkeit berühren. Eine solche Vorrichtung sichert einen guten Kontakt der Elektroden mit der Flüssigkeit und erlaubt es, die Produkte der Elektrolyse leicht zu entfernen.
Nach Einschaltung der Elektroden in den elektrischen Stromkreis wandern die Bakterien zu den Elektroden; die Bewegung kann unter dem Mikroskop beobachtet werden. Es ist bekannt, daß die beobachtete Geschwindigkeit der elektrophoretischen Bewegung der Bakterien oder Zellen in verschiedener Tiefe der Flüssigkeit eine Funktion dieser Tiefe ist; es wurde jedoch festgestellt, und dies ist die Grundlage der Erfindung, daß die Tiefe, in welcher die Geschwindigkeit der Bakterien oder Zellen unter dem Mikroskop gleich Null ist, sich mit der elektrophoretischen Geschwindigkeit dieser Bakterien oder Zellen und somit mit ihrer Lebenskraft ändert.
Da die Messungen, die mit Hilfe der Mikrometerschraube des Mikroskops durchgeführt werden, nur von der Dicke der Flüssigkeitsschicht abhängen, können diese in verhältnismäßig kurzer Zeit, sozusagen in einigen Minuten, durchgeführt werden.
Es wird angenommen, daß die beobachtete Geschwindigkeit V der Teilchen, in diesem Falle der Bakterien oder Zellen, eine Vektorsumme der elektrophoretischen Geschwindigkeit der Bakterien oder Zellen und der Geschwindigkeit des flüssigen Mediums, also des Wassers, unter dem Einfluß des erzeugten elektrischen Feldes, ist. Die tatsächliche Geschwindigkeit V der Bewegung von Bakterien oder Zellen ist für denselben Stamm der Bakterien oder Zellen in jeder Tiefe der Flüssigkeit dieselbe, jedoch hängt die Geschwindigkeit des flüssigen Mediums von der Tiefe ab, in welcher sie gemessen wird. Die beobachtete Geschwindigkeit der Bewegung der Bakterien oder Zellen, gemessen als Vektorsumme dieser beiden Geschwindigkeiten, hängt daher von der Dicke der Sus- 8g pensionsschicht ab.
Die bekannte Formel für die Tiefe der Flüssigkeitsschicht, in welcher die Geschwindigkeit der Flüssigkeit gleich Null ist, d.h. in welcher die gemessene Geschwindigkeit eine tatsächliche Geschwindigkeit go der Bakterien oder Zellen ist, lautet wie folgt:
I/12
wobei Xx die berechnete Tiefe und d die Dicke der Schicht ist. Aus dieser Formel geht hervor, daß die Tiefe X1 von dej Dicke d der Schicht abhängig ist.
In der parallelen Schicht der Flüssigkeit zwischen den Glasplatten 6, 7 gibt es auch eine solche Tiefe, in der die beobachtete Geschwindigkeit V der Bakterien oder Zellen gleich Null ist. Wenn die Bakterien in dieser Schicht beobachtet werden, sieht man unter dem Mikroskop, daß sich diese nicht bewegen, obwohl sie sich im elektrischen Felde befinden.
Man stellt vorerst die Lebenskraft der frischen Bakterien oder Zellen derselben Art wie die der zu beobachtenden fest. Diese Bakterien oder Zellen werden in dem Apparat angeordnet und man schaltet den elektrischen Strom zwischen den Elektroden 4, 5 ein; dann sucht man mit Hilfe des Mikroskops eine solche Tiefe der Schicht Xw, in welcher die Bewegung der Bakterien oder Zellen gleich Null ist. Diese Tiefe wird mit Hilfe der Skala der Mikrometerschraube des Mikroskops auf folgende Weise ermittelt. Beginnend am Boden der Schicht beobachtet man die Bewegung z.B. der Coli-Bakterien; man sieht, daß diese sich in Richtung auf die Kathode bewegen. Ferner ermittelt man diejenige Tiefe, in welcher die Bewegung dieser Bakterien oder Zellen sehr langsam, aber auch in Richtung auf die Kathode erfolgt, und man stellt diese Tiefe mittels der Skala der Mikrometerschraube des Mikroskops zahlenmäßig fest. Ferner ermittelt man auf dieselbe Weise die Tiefe, in welcher die Bewegung der Bakterien oder Zellen 1*5 langsam, aber bereits in entgegengesetzter Richtung,
d.h. zur Anode, erfolgt. Das arithmetische Mittel dieser beiden Tiefen wird mit Xw bezeichnet.
Auf dieselbe Weise findet man Xm für dieselbe Gruppe der Bakterien oder Zellen, deren Lebenskraft festgestellt werden soll. Betont sei, daß Xw wie auch Xm in einer Flüssigkeitsschicht derselben Dicke d, bei derselben Spannung V und derselben Entfernung zwischen den Elektroden, festgestellt werden muß.
Auf Grund der auf diese Weise erzielten Ergebnisse
ίο für X1, Xw und X7n bei der bestimmten Spannung und der bestimmten Entfernung zwischen den Elektroden berechnet man die Lebenskraft Z der Bakterien oder Zellen in Prozenten im Verhältnis zu den Ausgangsbakterien oder Zellen derselben Gruppe, deren Lebenskraft als ioo°/0ig bezeichnet wird.
Z = ioo (in o/o)
Xm
(2)
Wenn Xm kleiner als X1 ist, ist die Bezeichnung Xm X1 negativ, und dann ändert der Vektor der elektrophoretischen Geschwindigkeit der Bakterien oder Zellen sein Zeichen, und die Lebenskraft der Bakterien oder Zellen wird gänzlich gehemmt. In solchem Falle kann festgestellt werden, ohne auf weitere Berechnungen laut Formel (2) einzugehen, daß die Lebenskraft der Bakterien oder Zellen gehemmt ist. Der Prozentsatz der Bakterien oder Zellen wird nur für Xm in Grenzen X1 bis Xm berechnet.
Während der Messungen soll das Milliamperemeter 10 eingeschaltet und die Tiefe bei dem gleichen durchfließenden Strom abgelesen werden, indem die Spannung mit Hilfe des Voltmeters kontrolliert wird.
Wenn die elektrophoretische Geschwindigkeit des gegebenen Typs der Bakterien oder Zellen größer als Null ist, was z.B. bei Staphylococcus Aurea der Fall ist, wird der Prozentsatz Lebenskraft der Bakterien oder Zellen auf Grund der folgenden Formel berechnet:
Z. = ioo (in %>)
(3)
wobei X1 > Xw und X1 > Xm, jedoch Xm > Xw ist.
Wenn Xm im Bereich der Skala der Mikrometerschraube des MikroskopsHegt, d.h. wennXro< Xn^X1, wird die Lebenskraft der Bakterien oder Zellen auf Grund der Formel (3) berechnet. Je größer Xm ist, um so kleiner ist der Prozentsatz der Lebenskraft.

Claims (2)

  1. Patentansprüche:
    i. Verfahren zum elektrischen Messen der Lebenskraft von Bakterien und anderen lebenden Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß unter einem Mikroskop zunächst für eine Suspension frisch kultivierter Bakterien bzw. lebender Zellen desselben Stammes die Schichttiefe Xw bestimmt wird, bei der die beobachtete Geschwindigkeit der Bakterien bzw. der lebenden Zellen als Vektorsumme aus der Geschwindigkeit der Flüssigkeit und der Geschwindigkeit der Bakterien bzw. Zellen Null ist, und daß unter gleichen Versuchsbedingungen der entsprechende Wert Xm für die zu untersuchenden Bakterien bzw. Zellen ermittelt wird, worauf aas diesen beiden Werten und der bekannten Schichttiefe X1, in welcher die Geschwindigkeit der betreffenden Flüssigkeit ohne Bakterien bzw. Zellen gleich Null ist, die Lebenskraft Z der zu untersuchenden Bakterien bzw. Zellen in Prozenten der Lebenskraft der frisch kultivierten Bakterien bzw. Zellen errechnet wird, wobei die Errechnung der Lebenskraft für den Fall, daß die elektrophoretische Geschwindigkeit der Bakterien bzw. Zellen kleiner als Null ist, nach der Formel
    Z = 100
    Xw X1
    und für den Fall, daß die elektrophoretische Geschwindigkeit der Bakterien bzw. Zellen größer als Null ist, nach der Formel
    Z — 100
    Xl Xy,
    X1 X u
    erfolgt.
  2. 2. Vorrichtung zum Bestimmen der Lebenskraft von Bakterien und anderen lebenden Zellen nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei durch Distanzstücke in geringem Abstand voneinander gehaltene Glasplatten, von denen die untere (6) an zwei gegenüberliegenden Seiten über die obere (7) hinausragt, durch zwei an eine Spannungsquelle (8) anschließbare Elektroden (4, 5), die die überstehenden Enden der unteren Glasplatte (6) berühren.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    © 609 577/439 7.56 (609 777 1.57)
DEL18701A 1954-04-23 1954-04-30 Verfahren zum elektrischen Messen der Lebenskraft von Bakterien und anderen lebendenZellen sowie Vorrichtung zur Ausfuehrung dieses Verfahrens Expired DE957161C (de)

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